变压器现场局部放电试验接线的探讨

张永跃
浙江省电力试验研究所,310014 杭州 1　前言
随着变压器制造技术的进步，变压器一般的缺陷都能在制造过程中被检测或消除，但变压器内部存在的局部放电，在制造过程中还不易被控制，所以变压器局部放电测量成了变压器试验的重要项目。变压器局部放电的大小，是标志变压器绝缘性能的一项重要指标。测量变压器局部放电水平，是评定变压器绝缘性能的有效方法。目前除了制造厂出厂时进行该项测量外，对220　kV及以上电压等级的变压器，为了检查变压器经过运输、安装以及排氮充油处理后的绝缘水平，还要求在投运前必须进行该项试验。对运行中的变压器当怀疑其有放电现象或检查大修质量时，同样需要进行局部放电测量。试验标准是按照GB1094-85及电力行业DL417-91 的规定进行的。几年来的实测表明，局部放电试验是一种能成功地检测绝缘中微小缺陷的有效方法，同时作为考核变压器能否在工作电压下长期安全运行的检验方法，因而局部放电试验在现场得到广泛应用。

2　试验电源
浙江省早期在现场局放试验中，曾使用过用很多配电变压器组成的三倍频试验电源（试验设备多、场面大、设备搬运和接线工作量大）。后来又改用调频电源（运输震动和试验时可控硅容易损坏）。目前应用于现场局部放电试验的电源装置，是一套中频发电机组。该装置的工作原理是用三相异步电动机，拖动中频发电机，发出频率250　Hz，电压0～690　V的单相或三相电源，经中间隔离升压变压器（0.　66/35　kV）升压，向被试变压器低压侧施加电压，在高、中压侧感应出所需的试验电压。该装置移动方便，调压平稳，现场接线简单，性能也比较可靠。由于大型变压器容性无功功率很大，就必须用电抗器（额定电压15　k　V，最高可以用到1.　3倍）在被试变压器的低压侧进行补偿，使总的无功功率略呈感性。这样即可减少试验机组的出力，又可防止发电机组的自励磁。中频发电机组（简称电源车）的接线如图1。

M为三相异步电动机 (320　kW，380　V，50　Hz)。
G为中频同步发电机 (560　kVA，690　V，250　Hz，437　A)。
T为中频试验变压器 (35　000/660/140　V，400　kVA)。
L为补偿电抗器组 （YKD—160、80、40　kvar/15　kV）。
图1　250　Hz中频发电机组试验电源
Fig.1　Power supply for test of 250　Hzmedium frequency generator

3　试验接线
大型变压器采用分级绝缘结构，在现场进行局部放电试验时，一般使用分相加压的方法。即在变压器低压侧一绕组上施加试验电压，通过改变接线方式和改变高压分接档的位置，使各侧电压达到试验电压值。再利用被试变的500　kV、220　kV套管电容作为耦合电容，从套管末屏处抽取信号，测量局部放电值。浙江省几年来利用电源车，对变压器进行局部放电试验常用的接线方法有以下几种。
(1)被试变压器1
型号：OSFPSL-120000/220，额定电压230±2×2.　5　%/121/11　kV，额定容量150　MVA，接线组别Yn.ao.d11，空载电流I₀＝0.　28　% ，空载损耗P₀＝65　kW，保定变压器厂1986年12月制造。试验时高压分接放在第一档，各部电压计算如下：
高、低压变比K₁＝230×1.05//11＝12.675
中、低压变比K₂＝121//11＝6.351
当高压测量电压1.5U_m/＝1.5×252/＝218kV时
低压电压： U_ac＝218/K₁＝218/12.675＝
17.2　kV
中压电压： U_Am＝U_ac×K₂＝109.2kV
当高压达到试验电压218　kV时，低压所加电压为17.2　kV，所以可用一只电抗器和中间隔离升压变压器X端接地方法。这种方法对低压是三角形接线的变压器是较常用的试验方法。试验接线见图2，以试验A相为例（测量和保护装置省略，以下同。）
这种测量回路值得注意的问题是，A相从低压绕组感应加压时，理论上认为b、c相串联阻抗是a相阻抗的2倍，高压侧A相感应出电压本应也是B、C相电压的2倍（B、C相电压相等而极性相反)。但实际上由于变压器结构不同，各相磁通ΦA、ΦB、ΦC分布不等，A相励磁时各柱磁通分布示意图见图3所示。而感应的电压又服从于E＝4.　44　fwΦ的规律，因此高压（或中压）线圈中的感应电压，也就不能与低压线圈中流过的励磁电流成比例。当A相感应出试验电压为U_A时，经现场实测B相感应电压约为0.　7　U_A，C相感应电压约为0.　3　U_A（当C相励磁时情况相反）。
A、C相间电压为　U_AC＝U_A＋0.3　U_A＝1.3U_A
A、B相间电压为　U_AB＝U_A＋0.7　U_A＝1.7U_A
A相励磁时电压向量图见图4所示。根据国家标准 GB1094-85 的规定，220　kV电压等级变压器在U_A＝1.5U_m/3的测量电压下的试验持续时间为30s，预加电压U_m下的持续时间为5s。
A相在测量电压1.5U_m/时：
U_AB＝1.7U_A＝1.7×1.5×252/＝371　kV
A相在预加电压U_m 时：
U_AB＝1.7U_A＝1.7×U_m＝1.7×252＝428　kV
国家标准规定分级绝缘220　kV变压器相间感应耐压为395　kV，时间1　min。而A、B相间在A相对地电压为U_m时U_AB为428　kV，超出感应耐压为395　kV的标准。时间虽为5　s，对相间绝缘仍是一个考验。但根据浙江省多年来对20多台这种接线组别的变压器采用这种接线的经验，认为这种接线是方便可行的，并没有发现相间绝缘有损伤的情况。
当B相励磁时，由于铁心对B相磁路是对称的，B相对A、C相磁路相等。在测量B相局放时，并没有以上情况。当B相达到预加电压U_m时，三相电压和相间电压分别为
　U_A＝U_C＝0.　5　U_B
　U_AB＝U_BC＝1.　5　U_B
B相在预加电压U_m时：
U_AB＝U_BC＝1.　5　U_B＝1.　5　U_m＝1.　5×252＝387　kV
U_AB、U_BC在B相达到预加电压U_m时则小于相间感应耐压395　kV值。B相试验时铁芯中的磁路分布图和向量图从略。

图2　1号被试变压器局放试验接线图(以A相为例)
Fig.2　Partial distcharge test connection
diagram for transformer 1

图3　A相励磁时各柱磁通分布示意图
Fig.3　Magnetic flux distr-ibution sketch of each pillarwith phase A excited.

图4　A相励磁时电压向量图
Fig.4　Voltage vectorsketch of each phase with phase A excited.

(2)被试变压器2
额定电压525±2×2.5%／20　kV，联接组别Yn．d11，额定容量680／750MVA，空载电流I₀＝0.11%，空载损耗P₀＝336　kW，法国ALSTHOM，1991年制造。试验时高压分接放第Ⅱ档，各部电压计算如下：
高、低压电压变比K＝525×1.025//20＝15．53
当高压测量电压为1.5U_m/＝1.5×550/＝476.3　kV时
低压电压为U_ac＝476．3/K＝476.3/15.53＝30.7　kV
所以采用额定电压由15　kV的2只电抗器串接来补偿。2只电抗器中间接地，中间隔离升压变压器与电抗器布置成星形输出，被试变压器试验接线见图5。

图5　2号被试变压器局放试验接线图(以A相为例)
Fig.5　Partial distcharge test connection diagram for transformer 2

(3)被试变压器3
型号：OSFPS－150　000／220，额定电压230±3×2.5％／117／37　kV，联接组别Yn．ao．d11，额定容量150　MVA，空载电流I₀＝0.12 % ，空载损耗P₀＝54　kW，合肥ABB变压器有限公司1995年5月制造。该变压器低压虽是三角形接线，但低压电压是37　kV。试验时高压分接在额定档，各部电压计算如下：
高、低压电压变比K₁＝230//37＝3．589
中、低压电压变比K₂＝117//37＝1．826
当高压＝218　kV时
低压电压为U_ac＝218／K₁＝218／3．589＝
60．7　kV
中压电压为U_Am＝U_ac×K₂＝60．7×1．826＝110．8　kV
而中间隔离升压变压器额定电压只有35　kV，所以只能采用二只中间隔离升压变压器低压并联输入，高压串联输出，中间隔离升压变压器X₁和A₂联接后接地的接线方式。这样使低压输入没有超出中间升压变压器的额定电压，高压输出A₁、X₂之间的电压又能达到试验电压的要求。补偿电抗器是采用4只串联接法，电抗器下用支柱绝缘子支撑。被试变压器试验接线见图6。

图6　3号被试变压器局放试验接线图(以A相为例)
Fig.6　Partial distcharge test connection diagram for transformer 3

(4)被试变压器4
型号：OSFPSZ-150　000／220，额定电压230±8×1．25％／117／37±5％／11　kV，额定容量150　MVA，接线组别Yn．ao．yno．d11，空载电流I₀＝0.14　% ，空载损耗P₀＝63　kW，沈阳变压器厂1997年4月制造。该变压器220　kV和37　kV侧都是星形连接，低压11　kV是在变压器内部三角形连接的平衡线圈，是一端引出接地的。所以在高压侧进行局放测量时，可用37　kV侧对应的被试相施加电压，中性点O点接地。试验时各电压都在额定分接下，各部电压计算如下：
高、低压电压变比K₁＝230／37＝6．22
中、低压电压变比K₂＝117／37＝3．16
当高压＝218　kV时
低压电压为U_c－o＝218／K₁＝218／6．22＝35　kV
中压电压为U_Cm＝U_c－o×K₂＝37×3．16＝110kV
所以可用一只中间隔离升压变压器选用二只或三只电抗器串接进行补偿，试验接线见图7。
(5)被试变压器5
型号：OSFPSZ7-150000／220，额定电压220±8×1．25％／117／37±5％／10．5　kV，额定容量150MVA，接线组别Yn．ao．yno．d11，空载电流I₀＝0.13 % ，空载损耗P₀＝620　kW，沈阳变压器厂1997年6月制造。该变压器220　kV和37　kV侧也都是星形连接，低压10．5　kV也是在变压器内部三角形连接的平衡线圈，是一端引出接地的。被试变压器5与被试变压器4是相似的，但被试变压器的参数略有不同。被试变压器5试验时不同之处是当试验A相时，37　kV侧b、c短接与O点之间加压（试验B相时，a、c短接与O点之间加压；试验C相时，a、b短接与O点之间加压）。被试变压器4试验接线称为被试相加压法，被试变压器5的试验接线称为非被试相加压法。试验接线见图8。试验时各分接档都放在额定档，试验时各侧电压计算如下：

图7　4号被试变压器局放试验接线图(以C相为例)
Fig.7　Partial distcharge test connection diagram for transformer 4

图8　5号被试变压器局放非被试相加压试验接线图(以A相为例)
Fig.8　Voltage raisang test connection diagram of non tested phase with partial discharge of transformer 5

高、低压电压变比K₁＝220×／（37／2）＝11．89
中、低压电压变比K₂＝117／（37／2）＝ 6．32
当高压＝218　kV时
低压电压为U_ab－o＝218／K₁＝218／11．89＝
18．3　kV
中压电压为U_cm＝U_ab－o×K₂＝18．3×6．32＝115．7kV
试验时可用一只电抗器来进行补偿。如果这台被试变按照图7被试相加压法进行试验，当高压达到测量电压218　kV时，则低压侧所加电压是18．3×2＝36．6　kV；当高压达到预加电压252　kV时，低压电压是42．3　kV，大大超出中间隔离升压变压器的35　kV额定电压。如果用被试相加压法，就必须用二台中间隔离升压变压器串接的方法来进行。而用非被试相加压法，只要一台中间隔离升压变和一台电抗器并接（电抗器上承受电压仍小于1．3倍额定电压），也可用二台电抗器串接后与中间隔离升压变压器并接。电抗器需要并接的容量按补偿的要求来计算。这样，对这台被试变压器用非被试相加压法使试验设备的运输和搬运大为减少，可少用一台中间隔离升压变压器，使试验接线更加方便。被试相加压法与非被试相加压法作用原理是一样的。

4　小结
(1)由于不同地区所采用的变压器电压、变比、接线组别不同，被试变压器在试验时选择的分接档也不同。因此试验前必须根据现有的试验条件，合理地选用试验接线，对每次试验是至关重要的。
(2)图1接线方式浙江省采用较多，这种接线试验方便，没有发现绝缘损伤事故。但对于一些重要的变压器为慎重起见，可在试验A相（或C相）时，采用高压B、C相（或A、B相）短接的方法（应注意短路线应适当加粗，以避免短路线电晕放电）。也可以改在中压侧或低压侧（对于低压侧是星形接线的变压器）短接，从而形成一平衡线圈，使铁芯中的磁通分布相等，这样，B、C相对A相电压都为1．5U_A，使试验时相间电压不超过感应耐压值。这种接线也能使主绝缘和纵绝缘同时检查到。
(3)对于是否采用被试相加压和非被试相加压，现场可根据被试变压器的不同电压、变比和试验设备的接线特点等，以及采用被试变压器的不同分接档来方便灵活选用。两种试验达到的效果是完全一样的。非被试相加压法试品励磁电压降低1／2，但励磁电流将增大一倍，两者试验电源的总容量是不变的。

参考文献
1　沈阳变压器厂.变压器试验.北京：机械工业出版社，1997
2　葛景

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